Повеќето дизајни на енергетски модули денес се засноваат на керамика изработена од алуминиум оксид (Al2O3) или AlN, но како што се зголемуваат барањата за изведба, дизајнерите бараат други подлоги. Во апликациите за EV, на пример, загубите при префрлување се намалуваат за 10% кога температурата на чипот оди од 150°C до 200°C. Дополнително, новите технологии за пакување, како што се модулите без лемење и модулите без жица, ги прават постојните подлоги најслабата алка.
Друг важен фактор е тоа што производот треба да трае подолго во тешки услови, како оние што се наоѓаат во турбините на ветер. Проценетиот век на траење на турбините на ветер под сите еколошки услови е петнаесет години, што ги натера дизајнерите на оваа апликација да бараат супериорни технологии за подлогата.
Зголемената искористеност на компонентите на SiC е трет фактор што ги поттикнува подобрените алтернативи на подлогата. Во споредба со конвенционалните модули, првите SiC модули со оптимално пакување покажаа намалување на загубите од 40 до 70 проценти, но ја покажаа и потребата од иновативни техники за пакување, вклучувајќи ги и подлогите Si3N4. Сите овие тенденции ќе ја ограничат идната функција на традиционалните подлоги Al2O3 и AlN, додека супстратите базирани на Si3N4 ќе бидат материјал на избор за идните моќни модули со високи перформанси.
Силиконскиот нитрид (Si3N4) е добро прилагоден за електронски подлоги за напојување поради неговата супериорна цврстина на свиткување, висока цврстина при фрактура и висока топлинска спроводливост. Карактеристиките на керамиката и споредбата на критичните променливи, како делумното празнење или формирањето на пукнатини, имаат големо влијание врз однесувањето на конечната подлога, како што се топлинската спроводливост и однесувањето на термички циклус.
Топлинската спроводливост, јакоста на свиткување и цврстината на фрактура се најважните својства при изборот на изолациски материјали за енергетските модули. Високата топлинска спроводливост е од суштинско значење за брзо дисипација на топлина во модулот за напојување. Јачината на свиткување е важна за тоа како се ракува и користи керамичката подлога за време на процесот на пакување, додека цврстината на фрактура е важна за да се открие колку ќе биде доверлива.
Ниската топлинска спроводливост и ниските механички вредности го карактеризираат Al2O3 (96%). Сепак, топлинската спроводливост од 24 W/mK е адекватна за повеќето стандардни индустриски апликации на денешницата. Високата топлинска спроводливост на AlN од 180 W/mK е неговата најголема предност, и покрај неговата умерена сигурност. Ова е резултат на ниската цврстина на фрактура на Al2O3 и споредливата цврстина на свиткување.
Зголемената побарувачка за поголема доверливост доведе до неодамнешни достигнувања во керамиката ZTA (цирконски зацврстена алумина). Оваа керамика има значително поголема цврстина на свиткување и цврстина на фрактура од другите материјали. За жал, топлинската спроводливост на ZTA керамиката е споредлива со онаа на стандардниот Al2O3; како резултат на тоа, нивната употреба во апликации со висока моќност со најголема густина на моќност е ограничена.
Додека Si3N4 комбинира одлична топлинска спроводливост и механички перформанси. Топлинската спроводливост може да се специфицира на 90 W/mK, а нејзината цврстина на фрактура е најголема меѓу споредбената керамика. Овие карактеристики сугерираат дека Si3N4 ќе покаже најголема сигурност како метализирана подлога.
